安陽(yáng)市地下水源熱泵的現(xiàn)狀與應(yīng)用

□趙飛燕 □萬(wàn)貴生

（河南省安陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局）

地下水源熱泵是地源熱泵的一個(gè)分支。這項(xiàng)技術(shù)起始于1912年，瑞士Zoelly提出了“地?zé)嵩礋岜谩钡母拍睢?948年，第一臺(tái)地下水源熱泵系統(tǒng)在美國(guó)俄勒岡州波特蘭市的聯(lián)邦大廈投入了運(yùn)行。在其后的幾十年中，地下水源熱泵得到了更為廣泛的應(yīng)用。我國(guó)地下水源熱泵從1997年開(kāi)始學(xué)習(xí)和引進(jìn)歐洲產(chǎn)品，出現(xiàn)了大規(guī)模的地下水源熱泵采暖工程項(xiàng)目。自2001年安陽(yáng)市引入地下水源熱泵系統(tǒng)，至2008年底，安陽(yáng)市有12套地下水源熱泵供熱或制冷系統(tǒng)。

一、基本工作原理

地下水源熱泵系統(tǒng)的低位熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。熱泵機(jī)組冬季從生產(chǎn)井提供的地下水中吸熱，提高品位后，對(duì)建筑物供暖，把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱和加濕的地方，取熱后的地下水通過(guò)回灌井回到地下。夏季，則生產(chǎn)井與回灌井交換，而將室內(nèi)余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，達(dá)到降溫或制冷的目的，另外還可以起到養(yǎng)井的作用。

二、效益分析

（一）屬可再生能源利用技術(shù)

（二）高效節(jié)能

地下水源熱泵機(jī)組可利用的水體溫度冬季為12～22℃，水體溫度比環(huán)境溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。夏季水體溫度為18～35℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機(jī)組效率提高。

（三）運(yùn)行穩(wěn)定可靠

地下水體的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動(dòng)。是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水體溫度有較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)問(wèn)題。

（四）環(huán)境效益顯著

污染減小。設(shè)計(jì)良好的地下水源熱泵機(jī)組的電力消耗，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少30%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上。

（五）一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣

地下水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。

（六）自動(dòng)運(yùn)行

水源熱泵機(jī)組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，部件較少，機(jī)組運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)費(fèi)用低；自動(dòng)控制程度高，使用壽命可達(dá)15年以上。

三、地下水源熱泵應(yīng)用現(xiàn)狀

自2001年以來(lái)，安陽(yáng)市建設(shè)了具有商業(yè)性質(zhì)的文峰時(shí)代廣場(chǎng)、銀基商貿(mào)城；具有辦公性質(zhì)的市廣電局、市五中、市公安局、安陽(yáng)振動(dòng)器廠；具有試驗(yàn)性質(zhì)的中棉所；具有餐飲服務(wù)場(chǎng)所的喜相逢大酒店、渤龍綠色生態(tài)園等8家試點(diǎn)單位。2006年建設(shè)了殷墟博物院、創(chuàng)業(yè)家園、市人民檢察院、居家易廣場(chǎng)、南灣湖商務(wù)酒店。2007年后建設(shè)了安陽(yáng)振動(dòng)器廠、楓林水郡、彰德府文化步行街和市第五人民醫(yī)院地下水源熱泵系統(tǒng)。地源熱泵的主機(jī)多采用鄭州克萊門特、開(kāi)封國(guó)立等品牌。成井管材多為水泥管，鋼管的僅有市廣電局和銀基商貿(mào)城。所有抽注水井井深均為80～110m，井徑為30～50cm。抽注水井有 1：1、1：1.2、1：2。制冷期一般為6月初～9月中旬；供熱期均為11月中旬～次年3月中旬。供熱期間進(jìn)入主機(jī)的水溫為17℃左右，回灌水水溫在10～15℃，供入空調(diào)分盤的水溫為45℃左右；制冷期間進(jìn)入主機(jī)水溫在16～19℃，回灌水水溫在19～29℃，供入空調(diào)分盤的水溫為8～12℃。

四、水質(zhì)分析

2008年共分析了使用地下水源熱泵的單位8家，采集水樣16組。分析16組抽水井水樣，總硬度超標(biāo)的有：文峰時(shí)代廣場(chǎng)超標(biāo)0.28倍，銀基商貿(mào)城超標(biāo)0.13倍，中棉所超標(biāo)0.1倍，喜相逢大酒店超標(biāo)0.45倍。硝酸鹽超標(biāo)的有：文峰時(shí)代廣場(chǎng)超標(biāo)1.47倍，銀基商貿(mào)城超標(biāo)0.46倍，喜相逢大酒店超標(biāo)0.45倍，南灣湖湘菜館超標(biāo)0.23倍。回水水樣16組，與抽水樣相比，文峰時(shí)代廣場(chǎng)總硬度增加5mg/L，超標(biāo)0.29倍，硝酸鹽（以氮計(jì)）減少0.227mg/L，超標(biāo)1.45倍；銀基商貿(mào)城總硬度增加16.36mg/L，超標(biāo)0.17倍，硝酸鹽減少0.54mg/L，超標(biāo)0.4倍；中棉所總硬度增加3.95mg/L，超標(biāo)0.11倍；喜相逢大酒店總硬度增加3.51mg/L，超標(biāo)0.46倍。從抽水組和回水組水質(zhì)分析，水質(zhì)變化不大，總硬度超標(biāo)是安陽(yáng)市整體水質(zhì)所致。

五、水量分析

2008年從8家單位抽水量和回水量分析，抽水量基本全部回灌地下，耗水量很小。地下水源熱泵系統(tǒng)為微耗水項(xiàng)目。

六、存在問(wèn)題分析

最近幾年地下水源熱泵系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，雖然它是一種環(huán)保、節(jié)能、先進(jìn)的空調(diào)方式，但對(duì)于利用地下水這種資源仍然存在一些需要注意的問(wèn)題：

（一）地質(zhì)問(wèn)題

地下水屬于一種地質(zhì)資源，大量采用地下水源熱泵，如無(wú)可靠的回灌，將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的后果。地下水大量開(kāi)采引起的地面沉降、地裂縫、地面塌陷等地質(zhì)問(wèn)題目漸顯著。例如地下水的過(guò)度抽取引起的地面沉降，在我國(guó)浙江、江蘇和整個(gè)華北平原，情況都仍然非常嚴(yán)重。地面沉降除了對(duì)地面的建筑設(shè)施產(chǎn)生破壞作用外，還會(huì)產(chǎn)生海水倒灌、河床升高等其他環(huán)境問(wèn)題。對(duì)于地下水源熱泵系統(tǒng)，若嚴(yán)格按照政府的要求實(shí)行地下水100%回灌到原含水層的話，總體來(lái)說(shuō)地下水的供補(bǔ)是平衡的，局部的地下水位的變化也遠(yuǎn)小于沒(méi)有回灌的情況，所以一般不會(huì)因抽灌地下水而產(chǎn)生地面沉降。但現(xiàn)在在實(shí)際使用過(guò)程中，由于回灌的堵塞問(wèn)題沒(méi)有根本解決，有可能出現(xiàn)地下水直接地表排放的情況。而一旦出現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，往往是災(zāi)難性和無(wú)法恢復(fù)彌補(bǔ)的。

（二）水質(zhì)問(wèn)題

現(xiàn)在地下水源熱泵的地下水回路都不是嚴(yán)格意義上的密封系統(tǒng)，回灌過(guò)程中的回?fù)P、水回路中產(chǎn)生的負(fù)壓和沉砂池，都會(huì)使外界的空氣與地下水接觸，導(dǎo)致地下水氧化。地下水氧化會(huì)產(chǎn)生一系列的水文地質(zhì)問(wèn)題，如地質(zhì)化學(xué)變化、地質(zhì)生物變化。另外，目前地下水回路材料基本不作嚴(yán)格的防腐處理，地下水經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后，水質(zhì)也會(huì)受到一定影響。這些問(wèn)題直接表現(xiàn)為管路系統(tǒng)中的管路、換熱器和濾水管的生物結(jié)垢和無(wú)機(jī)物沉淀，造成系統(tǒng)效率的降低和井的堵塞。更可怕的是，這些現(xiàn)象也會(huì)在含水層中發(fā)生，對(duì)地下水質(zhì)和含水層產(chǎn)生不利影響。更深層的問(wèn)題是地下水經(jīng)過(guò)地下管路時(shí)溫度、壓力的變化是否會(huì)影響其熱力學(xué)平衡狀態(tài)，地下熱環(huán)境會(huì)對(duì)區(qū)域生態(tài)帶來(lái)怎樣的影響。

七、結(jié)束語(yǔ)

地下水源熱泵有其優(yōu)點(diǎn)也有其缺點(diǎn)，在其應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)采取謹(jǐn)慎態(tài)度。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，環(huán)境和能源問(wèn)題越來(lái)越受到社會(huì)和政府的重視。地下水源熱泵作為一種可持續(xù)發(fā)展的綠色能源技術(shù)，有著高效節(jié)能的特點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注，在安陽(yáng)市發(fā)展也十分迅速，相信將來(lái)也一定能有其更廣闊的發(fā)展空間。